1、0引言随着矿井的持续开采，矿井储量正迅速减少，可利用储量日趋枯竭1-4。另外，现有的煤矿中，大部分矿井田范围地表为数量众多且高密度的建筑物，导致了严重的压煤问题。本文以唐山矿业公司为例，在剩余可采矿井中，三下（建筑下、铁路下和水体下）压煤所占的比例高达 79.7%。同时，洗煤厂煤矸石年产量巨大，煤矸石在地表大面积的堆放不仅破坏和浪费土地资源，而且严重污染环境5。“三下”压煤、煤矸石处置和环境保护成为唐山矿面临的三大难题，对最大限度的挖掘储量资源，延长矿井寿命，保证矿井可持续发展具有十分重要的意义6。煤矿充填工艺是近年来发展起来的一项高效、环保、安全的煤矿开采技术，能够有效的解决我国在煤炭开采中
2、存在的诸多问题。实施充填开采，可以消除矸石山对生态环境的污染，有效遏制了地表沉陷，保护地表和地下水资源，避免了地面基础设施和建筑物损毁和村庄搬迁。李克针对煤矿充填材料的制备展开研究并形成了一套自动化控制系统7；李建民等针对输送与充填同步控制系统展开研究，但该研究仅仅只针对物料的输送和计量展开，其精度和效率有待提升，并且没有形成于一套全流程的自动化控制系统9；邓兴全等针对金矿制备了一套充填自动控制系统，实现开采自动化、数字化10。充填开采物料输送自动控制系统孙奇志（开滦集团有限责任公司技术中心，河北 唐山 063000）摘要：针对现有的“压煤”、矸石地面排放对环境污染等问题，本文设计研发了一套充
3、填开采物料输送自动控制系统。该系统在充填开采辅助信息管理的基础上，采用实时数据库、关系数据库、COM+、C/S、B/S等信息技术，实时监测充填物的输送和计量，并实现实时计算生产和充填过程中的充填比例，以此来及时指导调整物料配比。实际的生产运行结果证实该系统可以实现固体充填物料充填、输送自动一体化控制，实现实时计量充填物料。关键词：充填开采物；物料输送；实时监测；自动控制技术中图分类号：TD52文献标识码：B文章编号：2095-5979（2023）05-0086-05Automatic control system of filling material conveyingSun Qizhi(T
4、echnology Center of Kailuan Group Co.,Ltd.,Tangshan 063000,China)Abstract：In viewof the existing coal,gangue ground emissions on environmental pollution and other issues,this paperdesigned and developed a set of filling mining material conveying automatic control system.Based on the auxiliaryinforma
5、tion management of filling mining,the system uses real-time database,relational database,COM+,C/S,B/S andother information technologies to monitor the transportation and measurement of filling materials in real time,and realizereal-time calculation offilling ratio in production and filling process,s
6、o as to guide the adjustment of material ratio in time.The actual production operation results confirm that the system can realize the automatic integrated control of filling andconveyingofsolid fillingmaterials,and realize real-time measurement offillingmaterials.Key words：fillingmining;material tr
7、ansport;real-time monitoring;automatic control technology责任编辑：张彤DOI：10.19286/ki.cci.2023.05.021作者简介：孙奇志（1967），男，辽宁铁岭人，高级工程师。引用格式：孙奇志.充填开采物料输送自动控制系统J.煤炭与化工，2023，46（5）：86-90.机 电 与 自 动 化Coal and Chemical Industry煤 炭 与 化 工Coal and Chemical Industry第 46 卷 第 5 期2023 年 5 月Vol.46 No.5May 2023862023 年第 5 期基于
8、上述煤矿区存在的问题和现有解决方法的不足，以唐山矿为研究对象，研发并优化了一套充填开采物输送自动控制系统，主要从以下 2 个方面研究：开发煤矿充填开采辅助管理系统客户端，显示皮带秤数据、雷达物位计数据、矸石配比预警、配比指令；建设皮带监控系统，完成开采区出煤方向多条胶带机自动化控制，接入进矸方向集控箱，实现统一集中控制。1系统的硬件平台设计煤矿充填开采物料输送自动控制系统的硬件平台设计以技术先进、系统实用、结构合理、产品主流、低成本、低维护量为原则，整体规划系统硬件构架。硬件平台建设分为 3 层架构，包括矿用隔爆兼本安型信息传输分站和监控分站、网络平台集成及布线、地面监控中心，最终形成从地面到
9、井下稳定的数据采集及传输系统。硬件平台由地面和井下设备组成，系统地面设备主要有监控主机、备用机、UPS 电源、计算机软件（包括操作系统、中心站软件、应用程序及其存贮介质）以及打印机、远程终端等；井下设备主要由 KJJ660 矿用型隔爆网络交换机、DXB660/220 矿用隔爆型电源箱、KJ586-F 矿用隔爆兼本安型信息传输主站、KJ586-F1 矿用隔爆兼本安型胶带运输监控分站、传感器、执行器（含断电器）、接线盒及通信光缆及电缆等组成。该平台采用 PLC 作为主处理器，设计上采用了模块化结构。硬件简单合理，增强了整体的抗干扰能力和可靠性。该平台采用急停开关、温度传感器、堆煤传感器、撕裂传感器
10、、信号转换器、烟雾传感器、速度传感器、电磁阀等设备对带式输送机沿路进行保护，将采集的信号送入可编程控制器进行运算判断处理。当带式输送机在运行时出现超温、跑偏、打滑等故障时，控制器输出控制端通过子输出控制信号对电磁启动器进行开停控制，电磁启动器的开停控制洒水装置或皮带电机的启停，在实现安全制动的同时，实时将现场信息在上位机上显示，通过声光报警的方式报告异常信息。系统连接图如图 1 所示。1.1信息传输KJ586-F 矿用隔爆兼本安型信息传输分站是依据相关的煤炭行业标准要求设计生产，用于实现模拟量和开关量的采集和继电器输出控制功能。信息传输分站内置高性能西门子 PLC，能够实时进行数据的采集、处理
11、和传输。通讯方式采用 TCP/IP 方式（用于和配套的交换机通信）和CONTROLNET（用于和配套的监控分站和显示屏通信）。信息传输分站可置于煤矿井下，用于监测井下各种环境参数、设备开停状态等，实现对被控电气设备的起动、断电以及闭锁的控制。如图2 所示。1.2数据监控数据监控分站的原理是将现场的开关量、模拟量信号采集到可编程控制器内，信息传输分站的CPU 对数据监控分站采集的信息进行读取、存储、处理等操作，然后对分站发送控制信号；分站将收到的控制信号通过数字量输出模块控制继电器输出，从而启动或停止胶带电机的启动和停止，达到图 1硬件平台系统连接Fig.1 Hardware platforms
12、ystemconnection图 2信息传输原理Fig.2 Information transmission principle控制计算机隔爆型环网交换机控制计算机控制计算机隔爆型环网交换机隔爆型环网交换机光纤衰减器隔爆型电源箱胶带运输监控分站胶带运输监控分站胶带运输监控分站信息传输分站信息传输分站信息传输分站仿真线堆煤传感器速度传感器速度传感器烟雾传感器跑偏传感器拉绳传感器开停传感器纵撕传感器仿真线仿真线仿真线电源TCP/IPCPU控制中心控制网模块模拟量输入模拟量传感器开关量输入控制量输入远程断电器开关量传感器孙奇志：充填开采物料输送自动控制系统87煤炭与化工2023 年第 5 期第 46
13、 卷控制现场设备开停的目的。数据监控分站由控制网模块、数字量输入/输出模块、模拟量输入模块组成。模拟量输入模块的功能是实时采集相关参数，开关量模块的功能是显示、控制设备状态等，各种输入/输出信号的采集、输出、储存和转发均需要通过信息传输分站内的 CPU 编程实现。数据监控分站监控原理如图 3所示。1.3应用设计系统接入唐山矿 8 煤层矸石主运集控系统，通过采集计量数据，指导矸石来料的配比。系统提供控制要求，由混矸集控室实现矸石按比例混合。根据唐山矿实际情况，硬件平台需要增设的设备包括胶带运输监控站、皮带秤设备 3 套、煤位计 2 套、皮带沿线保护传感器等。3 套皮带秤设备分别安装在 264 皮
14、带机头、3 号胶带机皮带机尾和 6 号胶带机皮带机头；煤位计分别安装在投料井下口矸石仓、214 主矸石仓；雷达物位计安装在投料井、分选矸石仓。各增设设备安装位置如图 4 所示。2系统软件功能设计基于 Windows 系统和组态软件平台进行系统开发。软件采用多层次的 Client/Server 结构，利用PowerBuilder 等进行前端的开发，数据库服务器采用 SQLServer 等，并为数据库管理系统提供多种数据接口。2.1开发架构设计煤矿充填开采物料输送自动控制系统是在皮带集控、电子称计量和矿压信息监测专业应用平台的基础上，基于网络技术实现相应的专业应用。系统整体基于组态软件开发，实现高
15、效的交互软件平台开发，平台中的 Active X 控件的强大功能，可以有效弥补其他语言图形处理能力的不足，并能在浏览器中实现网页图形编辑。图形平台负责将各种系统数据以图形化的方式展现出来，具备灵活的二次开发接口。平台的人机界面（HMI）和 WEB 发布功能选用性价比优秀的 KingView6.55 组态软件，使用更简洁，功能强大。2.2监测数据与系统集成系统分析设计时，充分考虑信息管理平台的应用性和功能性。系统平台分为充填响应、备矸集成、电子称计量、矿压监测、视频联动、数据统计分析和充填预警 7 个功能模块。系统可以实现设计编程、操作诊断等全过程组态应用，采用统一的图形窗口，采用面向对象的设计
16、，使得使用者可以轻松上手。实现了数据库的统一，项目中的符号、变量等也保持一致。模块化的设计使得系统操作更加清晰直接。由于数据传输采用 Internet 网络技术，因此需要严格保证数据管理安全，需要对用户权限进行严格限制。系统采用用户层、操作系统层等 5 层安全数据控制构架，具体构架如图 5 所示。3系统应用利用唐山矿业公司煤矿生产现场对研发的系统进行验证。结合唐山煤业公司现有混矸系统，投入在线检测设备皮带称、矸石仓雷达物位计和网络摄像头，通过上位机软件实现粗细矸石配比的监控和预警。对出煤方向胶带机自动控制并接入运矸方向控制网模块模拟量输入开关量输入电源模拟量传感器控制量输入远程断电器开关量传感器图 3数据监控原理Fig.3 Data monitoringprinciple图 4系统计量传感器设备安装位置Fig.4 Installation position ofsystemmeteringsensor equipment图 5系统数据安全控制体系Fig.5 Systemdata securitycontrol system控制中心（不含 CPU）电磁阀开闭新增雷达物应计 1 台已有皮带
